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原创 N沟道增强型MOSFET的基本原理

2017-5-25 17:42 449 0 分类: 工业电子

  1. 功率MOSFET主要用于计算机外设(软、硬驱动器、打印机、绘图机)、电源(AC/DC变换器、DC/DC变换器)、汽车电子、音响电路及仪器、仪表等领域。


什么是MOSFET


“MOSFET”是英文MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor的缩写,译成中文是 “金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物(SiO2或SiN)及半导体三种材料制成的器件。所谓功率MOSFET(Power MOSFET)是指它能输出较大的工作电流(几安到几十安),用于功率输出级的器件。


MOSFET的结构


图①是典型平面N沟道增强型MOSFET的剖面图。它用一块P型硅半导体材料作衬底(a),在其面上扩散了两个N型区(b),再在上面覆盖一层二氧化硅(SiQ2)绝缘层(c),最后在N区上方用腐蚀的方法做成两个孔,用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极:G(栅极)、S(源极)及D(漏极),如d所示。


从①中可以看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的,D与S之间有两个PN结。一般情况下,衬底与源极在内部连接在一起。


①是N沟道增强型MOSFET的基本结构图。为了改善某些参数的特性,如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺,构成所谓VMOS、DMOS 、TMOS等结构。②是一种N沟道增强型功率MOSFET的结构图。虽然有不同的结构,但其工作原理是相同的,这里就不再做介绍了。


MOSFET的工作原理


要使增强型N沟道MOSFET工作,要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS,则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。如上图③所示。了解了N型MOSFET的工作原理,P型MOSFET的工作原理与N型的相同。只不过是材料类型不同,工作的电压极性全部相反。MOSFET有增强型与耗尽型,前者居多。即:其漏级(D)电流Id随栅极(G)电压Vgs增加而增加。而后者的Id与Vgs是反比关系。


若先不接VGS(即VGS=0),在D与S极之间加一正电压VDS,漏极D与衬底之间的PN结处于反向,因此漏源之间不能导电。如果在栅极G与源极S之间加一电压VGS。此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板,而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时,在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷,而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷(如③)。


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